Mazda 3《e-SKYACTIV X》壓燃引擎(二)淺談內燃機「供油+燃燒」共四種架構

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因為《Mazda 3 e-SKYACTIV X》獨步全球的火星塞控制壓縮燃燒汽油引擎(類似柴油引擎壓燃原理的汽油引擎),即將在今年3月開始預售,預計第二季或第三季就會開始交車,相信許多消費者已經蠢蠢欲動,但必須先瞭解一下這具特殊引擎究竟有何魅力,會不會成為柴油門事件翻版?節能功效究竟如何?加速性能表現又是怎樣?之後將會有一系列的分析報導。

▲此為汽油引擎、柴油引擎、壓燃汽油引擎的比較,前二者都有高溫的缺點,壓燃汽油引擎燃燒溫度相對低,不容易產生頭痛的NOx污染,PM微粒污染也相對低很多,但是技術門檻不只是高,而是非常高!

四種引擎架構 「完美」二字仍在努力中!

目前內燃機依照供油、燃燒原理之差異,大致上可以區分成四種不同的架構:

一 均質燃燒火星塞點火汽油引擎HCSI=HC均質燃燒+SI火星塞點火=傳統汽油引擎=燃燒速度慢、中效率、低成本、低污染

這四項分析,超乎多數人對於「汽油、柴油、自然進氣、渦輪或機械增壓、多點噴射、缸內直噴」等引擎分類的認知,但原理其實不難無須畏懼。

首先談到的均質燃燒火星塞點火引擎,沒錯這一定是汽油引擎,因為柴油引擎並不需要火星塞,壓縮到一定程度就會自燃,所以HCSI通通都是汽油引擎,但是供油系統可以包含多點噴射與缸內直噴二種,並沒有侷限於多點噴射,這點很重要。所以硬體設計是一回事,供油時機與均勻程度更是關鍵!

如果供油後的目的是要讓汽油充分汽化、均勻地和空氣混合在一起才進行燃燒,這就是均質燃燒的真諦,不容易出現液態汽油燃燒情形(就是所謂的分層燃燒),能降低PM2.5、PM10碳微粒以及NOx、HC等污染物質。

因成本便宜、效能不差、故障率不高,不難看出HCSI引擎非常適合國民車使用,便宜又不容易壞,污染問題也不算嚴重。事實上Toyota RAV4的Dynamic Force引擎,以及Nissan與Honda的新世代自然進氣引擎,採用多點噴射或是「多點+直噴」雙供油系統,通通都屬於均質燃燒火星塞點火汽油引擎,熱效率已經接近或等於40%,其實和燃燒效率達45%以上的柴油引擎並沒有很大的落差,但是論及實際用車成本(購車+燃費+維護+稅金),HCSI引擎往往比其它動力更經濟實惠,因此個人並沒有那麼推崇直噴渦輪引擎或是柴油引擎,除非您不在乎新車價格問題卻很重視加速感受與駕馭樂趣。

但話說回來,HCSI均質燃燒火星塞點火引擎既然這麼好,車廠為何還要發展分層燃燒火星塞點火汽油引擎?還有Mazda為何還要發展均質燃燒壓縮點火汽油引擎?因為HCSI引擎已經發展到個極致,上不去了!沒有什麼進步空間!

二 分層燃燒火星塞點火汽油引擎SCSI=SC分層燃燒+SI火星塞點火=一定是缸內直噴=燃燒速度慢+高成本+更多污染+馬力相對大

此類引擎就是目前非常普遍的直噴引擎,一定要藉由缸內直噴系統方能達成,成本相對高,故障率也偏高,而且污染並不會比較低,但是因為此類引擎多數都有渦輪或機械增壓系統,所以扭力與馬力一定大,因此高級與豪華車款都很喜歡使用此類引擎,開起來就是爽!其實此類引擎熱效率並不差,如果不考慮環保、價格、日後維修成本,開汽油車就是要玩這種引擎才過癮!

三 分層燃燒壓縮點火柴油引擎SCCI=SC分層燃燒+CI壓縮燃燒=一定是柴油引擎=燃燒速度快+高效率+高成本+高污染+扭力相對大

目前幾乎所有的柴油引擎都是此類設計,熱效率可達45%以上,好歸好但是觸媒系統相對昂貴與複雜,否則無法克服排氣污染問題,然而因扭力大、省油的緣故,即便乘用車禁用,也所以很難在商用車領域除役,因為此類引擎真的省油、真的好開、容易對應高負載、高車重、越野、長途行駛需求。

正因為「壓縮燃燒」就是高效率的保證,所以汽油引擎也非常想要來個壓縮燃燒,可惜工程師辦不到,就算辦到也無法商業化,直到Mazda SKYACTIV X引擎問世。

四 均質燃燒壓縮點火汽油引擎HCCI=HC均質填充+CI壓縮燃燒=引擎神話故事=燃燒速度快+高效率+中成本+低污染+馬力不會太小+仍有發展空間

這就是本單元所要討論的主角,善用「均質填充」汽油引擎低污染的特點,再加上「壓縮燃燒」柴油動力高效率的特質,無疑是「雙效合一」直接讓汽油引擎的熱效率逼近柴油引擎,卻有又沒有柴油引擎的高成本與高污染問題!沒錯,之前是神話故事,但Mazda SKYACTIV X辦到了,怎能不好好瞧瞧此一黑科技呢?

相關系列文章>>>

(一) 台灣突然導入怎回事?

(二) 淺談內燃機「供油+燃燒」共四種架構

(三) 柴油可以壓縮點火卻不能均質燃燒?

(四) 其它車廠有沒有壓縮燃燒汽油引擎?

(五) 汽油壓縮燃燒粉困難!仍須火星塞相挺

(六) 非用不可~最強稀薄燃燒

(七) 非用不可~最快點火速度

(八) 淺然結構設計 但依然是機密

(九) 因地制宜很重要、穩定又比性能更重要

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共1則回應
訪客
2022-08-22 21:41:41

多點+直噴等於雙供油?

笑爛以後再也看不下去

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